我国科学家攻克稀土永磁材料关键技术瓶颈 推动战略资源高效利用

稀土永磁材料是稀土资源最重要的功能化应用方向之一,广泛支撑新能源汽车驱动电机、风电装备、轨道交通、高端数控、消费电子及节能家电等产业。

随着战略性新兴产业加快发展,对高性能永磁材料的稳定供给和性能提升提出更高要求。

与此同时,我国稀土资源利用结构仍面临“高丰度元素应用不足”与“重稀土使用效率不高”并存的矛盾,如何在不显著增加重稀土消耗的前提下提升磁体的抗退磁能力和服役可靠性,成为产业与科研共同关注的关键问题。

问题的核心在于结构性挑战:一方面,镧、铈等高丰度稀土储量较大,但在高端永磁应用中的价值转化仍有提升空间,存在一定程度的供需错配;另一方面,镝、铽等重稀土具有提高材料高温抗退磁能力的作用,但资源相对稀缺、成本高,且在传统路线中往往以“整体添加”的方式使用,导致单位效益不高,增加了材料成本和供应链波动风险。

推动稀土资源均衡化、高附加值利用,既是新材料领域的重要方向,也是提升产业链供应链韧性与安全水平的现实需求。

造成上述矛盾的原因,既有资源禀赋与市场结构因素,也与关键工艺的科学认知不足有关。

从材料机理看,高性能稀土永磁体对微观组织高度敏感,晶界相的组成、分布与演化会直接影响磁体的矫顽力等关键指标。

晶界扩散作为提升矫顽力、降低重稀土用量的重要工艺路径之一,其实质是在磁体微结构中实现重稀土的“定向、定域、定量”使用,让有限的重稀土优先作用于最需要的区域。

然而,扩散过程受到晶界形貌、相组成、扩散通道连续性等多因素耦合影响,若缺乏对微观机制的准确把握,往往难以在性能、成本与稳定性之间取得更优平衡。

在此背景下,安徽大学王守国教授团队面向国家战略需求,联合北京工业大学及稀土永磁材料全国重点实验室,围绕高丰度稀土磁体的重稀土晶界扩散这一关键技术开展深入研究,取得重要理论进展。

研究首次揭示影响重稀土扩散效率的两大关键微观机制,为理解扩散过程“为何快、为何慢”“扩散到哪里、如何更有效”提供了新的科学解释框架。

更重要的是,该成果将扩散效率与组织结构设计之间的内在联系进一步清晰化,有望为高丰度稀土磁体的组织优化提供可操作的材料设计思路,从而在提升性能的同时减少对重稀土的依赖,提高资源利用的整体效率。

从影响看,这一进展具有多重意义。

其一,有助于推动高丰度稀土元素在高端永磁领域实现更高价值转化,缓解资源利用“结构性堰塞”。

其二,通过提升重稀土使用效率,可在一定程度上降低永磁材料成本波动对产业链的传导风险,增强关键基础材料的供给稳定性。

其三,从科研范式看,针对晶界扩散这一“工艺—组织—性能”强耦合问题给出更清晰的微观机制,有利于加速从经验优化转向机理驱动设计,提升我国在高性能永磁材料领域的自主创新能力。

面向对策与应用落地,业内普遍认为,下一步需要在机理认识基础上进一步加强工艺参数、组织调控与工程化验证的衔接:一方面,围绕晶界相调控、扩散通道构筑与热处理窗口优化,形成可复制、可放大的工艺路线;另一方面,加强与企业端应用需求对接,面向新能源汽车电机、风电发电机等典型工况开展可靠性评估与寿命验证,推动研究成果从实验室走向规模化制造。

此外,在资源高效利用的大背景下,相关研究也可与稀土绿色冶金、循环利用等体系协同,形成“资源—材料—应用”闭环的创新链条。

对于发展前景,随着高端装备和新能源产业持续扩容,稀土永磁材料需求预计仍将保持增长态势。

以提升重稀土利用效率、扩大高丰度稀土应用边界为导向的技术路径,将成为材料技术迭代的重要方向之一。

此次研究成果发表于材料学科知名期刊《先进功能材料》,为后续开展更精准的组织结构设计与性能提升提供了重要科学依据,也为我国稀土永磁材料在更高性能、更低成本、更强可靠性方向实现突破增添了新的支撑。

科技创新是破解资源约束、实现高质量发展的根本出路。

安徽大学团队在稀土永磁材料领域的理论突破,不仅为解决我国稀土资源结构性矛盾提供了科学路径,更彰显了基础研究在服务国家战略需求中的重要作用。

面向未来,只有持续加强原创性、引领性科技攻关,才能真正将我国丰富的稀土资源优势转化为产业发展优势,在全球科技竞争中占据主动地位。